非高炉炼铁重点设备介绍(下)71页.ppt

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1、3.3还原流化床3.2.1流态化现象及流化床类型由于流体种类和流速的差别可形成不同的状态：（1）固定床。流体流速较低，床层颗粒静止，孔隙率不变。（2）临界流化床。流体流速达临界值umf，流体与颗粒间的摩擦力等于颗粒质量，此时为固定床与流化床的分界点。（3）均匀流化床。流速↑，孔隙率↑，高度↑，实际流速恒定，称为流化床。使用液体流化介质形成的流化床较为均匀，称为均匀流化床或散式流化床，简称均匀床。（4）鼓泡流化床。使用气体流化介质形成的流化床均匀性、稳定性较均匀床低，料层中可观察到明显的鼓泡现象和沟流现象，颗粒运动比均匀床活跃，床层的膨胀率不如均匀床，称为鼓泡流化床或聚式流化床，简称

2、鼓泡床。（5）腾涌床。如果流化床截面积较小，气泡直径能够长大到流化床直径以上，床层将被气泡截断，形成腾涌现象。（6）稀相流化床。流体流速进一步提高，流体与颗粒间摩擦力大于颗粒质量，颗粒被流体带走，形成夹带现象。使床层上届面消失，颗粒密度降低，这种床称为稀相流化床。床层类型可由△P与u0的关系确定：（1）△P与u0呈直线关系，固定床。（2）u0＝umf，△P＝W/S，临界流化床。（3）u0>umf，△P恒定，鼓泡床。（4）u0↑，△P开始波动，并逐渐减小，腾涌床。（5）u0>ut，△P较小。稀相流化床。铁矿石还原用气固两相流。实际中炉料粒度不均匀，所以工业流化床一般不能以单纯的形式存

3、在。3.2.2流化参数临界流化条件：气流对料层向上的摩擦力等于料层的质量。由此可得：整理得：式中：S——流化床截面积；Lmf——临界流化床高度；εmf——临界流化床孔隙率；ρs——固体颗粒密度。固定床压将为：umf的二次方程：如Rep很低，压降以粘度损失为主，忽略动能损失，有：很高，压降以动能损失为主可忽略粘度损失，有：对很多系统有：则有：由上三式可求出临界流化速度，标准误差为±35％。其中：（2）适用于小Re，即小粒度炉料；（3）适用于大Re，即大粒度炉料；（1）适用Re适中。终端速度ut有：（4）式中：Cd为曳力系数，其有：上三式带入（4）可得：计算umf时应使用颗粒的平均直径

4、，u0不能太靠近umf；而计算ut时则应使用小粒度组分直径，uo同样不能太靠近ut。令Du＝ut－umf，则Du越大，流化床越稳定。u0的选择必须保证流化床下部uo>umf，上部u0

5、相对差别很大，u0的控制和床层的提高较容易。利于提高产率和还原气体利用率。但粒度太低，易粘结失流。粒度较大时，Du较大，流速控制容易。但umf提高幅度较ut显著，会造成床层极限高度Lmax降低和还原气利用率降低的问题。改善流化床工作条件的措施：采用较小平均粒度的炉料；采用较高的工作压力；降低顶端流速。3.3.3粘结失流问题粘结失流现象粘结失流是个突发过程，表现在床层流态化突然停止，矿石颗粒以较松散的方式结合在一起。粘结失流的影响因素颗粒的粘结失流趋势：式中：St是粘结失流趋势；Ak是发生碰撞时的颗粒接触面积；Sp是颗粒表面粘度或活性；mp是颗粒动量。间接影响因素较多：（1）还原温度

6、。当还原温度高于粘结失流温度Ts时，粘结失流则会有规律的发生。（2）气氛。粘结失流现象仅发生于还原气氛中。（3）气流流速。较高的流速下，Ts较高，则可使用较高的还原温度。（4）还原率或金属化率。粘结失流的前提是Rm>0及还原行气氛，粘结失流总是在粘结失流还原率Rs附近发生。（5）还原剂种类和铁的析出形态。H2还原时，铁以多孔的或致密的平面状析出，CO还原时，铁则多以针状析出。（6）矿粉粒度。大颗粒矿粉可在一定程度上抑制粘结失流现象。Ts＝830℃失流以前矿石还原率f在Ts处不连续。Rs随温度的提高而降低。但操作中使流化床工作在Ts以上，Rs以下不安全，应使最高温度低于Ts，且不能太

7、靠近。随着u0提高，Ts平稳的提高（对指导生产很有意义）。粘结失流的机制：（1）CO还原：矿石粒度不同，还原程度不同。当两个不同还原程度的颗粒碰撞时，析出金属铁的颗粒上的铁晶须接触到另一颗粒表面，其作为另一颗粒中过饱和铁离子的结晶中心，使铁离子迅速向接触点扩散，并结晶出来，形成两个颗粒之间脆弱的连接，从而形成团粒结构。当团粒长大到umf>u0时，失流现象就会发生。高温下容易发生失流；可采用较高的气体流速使较大的团粒维持流态化；此机制以针状铁析出为前提，仅适用CO还原。